Fysik A
Ny ordning
kl. 09.00-14.00
Vejledning
Information om prøven
Prøvens varighed er 5 timer.
Følgende hjælpemidler forudsættes:
Databog fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.
Opgavesættet består af 5 opgaver med i alt 15 delspørgsmål.
Opgavebesvarelsen skal afleveres elektronisk som pdf-fil på netprøver.dk. Papirmateriale kan ikke afleveres og indgår ikke i bedømmelsen.
Ved bedømmelsen gives en karakter ud fra en helhedsvurdering af besvarelsen med udgangspunkt i en lige vægtning af de 15 delspørgsmål.
Opgavebesvarelsen skal udformes således, at der ikke kan være tvivl om hvad der står, og hvad der ønskes bedømt.
Ved helhedsvurderingen lægges der vægt på elevens evne til at
- argumentere detaljeret og klart ud fra fysikkens love,
- præsentere resultaterne overskueligt med enheder, også i mellemregninger, og med passende afrundinger,
- kommentere resultaterne og herved afgøre, om et facit lyder rimeligt.
Kildeangivelse
Hvor intet andet er angivet, er billedmateriale og figurer produceret af opgavekommissionen.
Opgave 1
Heliumspektrum
Figur 1.1 viser tre udvalgte elektronenerginiveauer for helium.
Figur 1.1. Udvalgte elektronenerginiveauer for helium.
| a) | Bestem ved aflæsning på figur 1.1 energien af en foton, der udsendes når en elektron springer fra niveau 3d til niveau 2p. |
| b) | Bestem frekvensen af den synlige spektrallinje for helium, der har størst relativ intensitet. |
Opgave 2
Elektrisk fluesmækker
Figur 2.1 viser en batteridrevet elektrisk fluesmækker, der består af tre metaltrådnet. De to yderste trådnet er forbundet til negativ, mens det midterste trådnet har spændingen 600 V. Afstanden mellem trådnettene er 3 mm; se figur 2.2.
| Figur 2.1. Fluesmækkeren. | Figur 2.2. Skitse af trådnettene, set fra siden, med en uheldig flue. |
| a) | Bestem den elektriske feltstyrke mellem det midterste og ét af de yderste trådnet. |
En flue med resistansen 10 kΩ rammes af fluesmækkeren og danner derved en elektrisk forbindelse mellem det midterste og et af de yderste trådnet, indikeret på figur 2.2.
| b) | Bestem effekten, der afsættes i fluen. |
Spændingsfaldet mellem trådnettene kan stabiliseres af en kapacitor, der skal indeholde energi nok til at slå fluen ihjel. Fluen vejer 0,06 gram og består i hovedsagen af vand. For at sikre at fluen dør, skal temperaturen af fluen stige mindst 10 grader Celsius.
| c) | Hvor stor kapacitans skal kapacitoren mindst have? |
Opgave 3
Garagevarmer
Figur 3.1 viser en garagevarmer, der består af et mindre solcellepanel øverst og en noget større solfanger nederst.
Solfangeren består af en sortlakeret plade, der opvarmes af Solens stråler. En ventilator suger luft udefra gennem solfangeren, der opvarmer luften. Den opvarmede luft passerer derefter ventilatoren og fortsætter ind i garagen. Figur 3.2 viser princippet.
Den opvarmede luft har temperaturen 22,5 °C, og trykket 1030 hPa. Ventilatoren suger 0,25 mol luft igennem solfangeren hvert sekund.
| a) | Bestem rumfanget af den luftmængde, der passerer ventilatoren på én time. |
Udendørstemperaturen er 9,0 °C.
| b) | Bestem den effekt, som luften tilføres fra solfangeren. |
Solcellerne øverst på garagevarmeren bruges til at energiforsyne ventilatoren. Intensiteten af solindstrålingen på solcellepanelet er 400 W/m2, og solcellernes nyttevirkning er 15%.
Figur 3.3 viser garagevarmeren sammen med en 1 liters mælkekarton for at give en idé om størrelsesforholdene.
Figur 3.3. Garagevarmeren sammen med en mælkekarton.
| c) | Opskriv passende værdier til relevante fysiske størrelser, og bestem den effekt, som solcellerne leverer til ventilatoren. |
Opgave 4
Ubåd
En legetøjsubåd drives frem med en propel som på videoen i figur 4.1. På figur 4.2 ses en skitse af ubåden under sejlturen.
 |
 |
| Figur 4.1. Video af legetøjsubåd i vand. | Figur 4.2. Legetøjsubåd i vand. |
I Excel-filen her er vist sammenhørende måleværdier af ubådens hastighed, og tiden der er gået, siden ubåden blev sluppet. Da hastighederne er små, og der opstår bølger i vandet når ubåden slippes, svinger data en hel del. Dataopsamlingen er begyndt efter 0,5 sekunder.
| a) | Indtegn data i et koordinatsystem, der viser de målte hastigheder som funktion af tiden. |
| b) | Bestem ubådens gennemsnitlige acceleration. |
| c) | Indtegn de væsentlige kræfter, der virker på ubåden under bevægelsen, på en kopi af figur 4.2 med angivelse af retning, omtrentligt angrebspunkt, og hvilke typer af kræfter, der er tale om. |
Opgave 5
Rive
En rive ligger i en køkkenhave med tænderne opad som på figur 5.1.
Figur 5.1. Rive i køkkenhave.
Tyngdekraften på riven er 11,5 N.
| a) | Bestem rivens masse. |
På figur 5.2 er riven skitseret set fra siden. Rivens massemidtpunkt P samt punkterne A og B er indtegnet.
Hvis man træder lodret ned på riven i punktet A, kan riven begynde at dreje sig om punktet B.
En person træder lodret ned på riven i A med en kraft på 100 N.
| b) | Undersøg, om riven bliver liggende i hvile. |
Rivens skaft har massen 0,60 kg, og afstanden fra B til enden af rivens skaft er 1,64 m.
| c) | Bestem en tilnærmet værdi for rivens inertimoment om B, og begrund de tilnærmelser, du gør. |
Senere træder en uheldig person lodret ned på riven i A med en konstant kraft på 250 N, og han får riven i hovedet som vist på figur 5.3. Personens fod når at trykke A 5,0 cm lodret ned som vist på figur 5.4.
Rivens virkelige inertimoment om B er 0,55 kg·m2.
| Figur 5.3. Personen får riven i hovedet. | Figur 5.4. Rivens bevægelse. |
| d) | Med hvilken fart rammer enden af riven personens hoved på figur 5.3 ? |